受关节软骨启发的表面润滑改性

天然关节软骨具有十分优异的润滑性能,这主要是由于软骨表面带电荷的生物大分子的“水合润滑”机制。水分子由于其固有的偶极矩会吸附在生物大分子的电荷周围形成致密的水化层,一方面,水化层具有很高的稳定性,可以承受较大的压力,另一方面,水化层中的水分子和自由水分子之间交换速度很快,可以使其能够很好地适应剪切力,从而表现出很小的摩擦力。

受此启发,清华大学摩擦学国家重点实验室张洪玉课题组通过在二氧化硅表面修饰氨基,并以氨基为位点引发聚合反应,成功地将带电荷的聚2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(PMPC)修饰在基底表面。利用原子力显微镜对接枝前后表面的润滑特性研究显示,PMPC表面接枝改性能够显著降低基底表面的摩擦系数,提升其润滑性能;接枝反应时单体的浓度在一定范围内能够调控接枝后表面的润滑性能。此外,PMPC表面接枝改性具有较好的稳定性,在多变的下压力、pH值和扫描频率下,PMPC接枝改性后的表面依然具有很低的摩擦系数。相关论文发表在Advanced Materials Interfaces (DOI: 10.1002/admi.201900180),张洪玉副研究员为通讯作者,硕士研究生王怡昕为第一作者。